[1955 노벨화학상] 빈센트 뒤 비뇨 : 사랑의 호르몬 '옥시토신'을 합성한 생화학의 연금술사

 

 

 

🧪 "실험실에서 생명의 신호를 만들 수 있을까?"

 

우리가 사랑을 느끼거나, 산모가 아기를 낳을 때, 혹은 아기에게 젖을 먹일 때 우리 몸속에서는 특별한 신호 물질이 뿜어져 나옵니다. 바로 '옥시토신(Oxytocin)' 이라는 호르몬입니다.

20세기 초반까지만 해도 호르몬은 신비로운 '생명의 즙' 으로 여겨졌습니다. 살아있는 동물의 몸에서 추출해서 쓸 수는 있었지만, 인간이 비커와 플라스크를 가지고 실험실에서 만들어낸다는 것은 상상할 수 없었습니다. 호르몬은 복잡한 단백질 덩어리라고 생각했기 때문입니다.

"생명체만이 만들 수 있는 물질을 인간이 화학적으로 조립할 수 있을까?"

이 불가능해 보이는 도전에 평생을 바친 한 화학자가 있었습니다. 그는 지독한 냄새가 나는 '유황(Sulfur)' 에 미쳐 있었고, 그 유황이 생명 현상의 열쇠라고 믿었습니다.

오늘 소개할 1955년 노벨 화학상 수상자는 인류 역사상 최초로 폴리펩타이드 호르몬을 인공적으로 합성해 낸 미국의 생화학자, 빈센트 뒤 비뇨(Vincent du Vigneaud) 입니다.

그가 만들어낸 하얀 가루가 생명체의 몸속에서 만들어진 호르몬과 똑같이 작동했을 때, 과학계는 비로소 "생명도 결국 화학이다" 라는 사실을 받아들이게 되었습니다.

 

📜 유황 냄새를 사랑한 화학자

 

빈센트 뒤 비뇨는 1901년 미국 시카고에서 태어났습니다. 그는 일찍부터 화학, 특히 썩은 달걀 냄새가 나는 '황(Sulfur)' 화합물에 깊은 관심을 가졌습니다.

남들은 코를 막고 피하는 그 냄새 속에서, 그는 생명의 비밀을 보았습니다. "인슐린에도 황이 들어있고, 비타민에도 황이 들어있다. 황은 단백질을 단단하게 묶어주는 '다리(Bridge)' 역할을 하는 게 분명해."

그는 인슐린의 구조를 연구하며 황 결합(이황화 결합)이 단백질 구조 유지에 필수적이라는 사실을 밝혀냈습니다. 그리고 비타민의 일종인 '비오틴(Biotin)' 의 구조를 밝히고 합성하는 데에도 성공했습니다.

이미 황 연구의 대가였던 그에게, 일생일대의 과제가 찾아옵니다. 바로 뇌하수체 후엽에서 나오는 두 가지 호르몬, '옥시토신' 과 '바소프레신' 이었습니다.

 

🧐 뇌하수체의 미스터리 : 옥시토신을 해부하다

 

당시 옥시토신은 산부인과에서 아주 중요한 약물이었습니다. 자궁을 수축시켜 아기를 낳게 하고(분만 유도), 젖샘을 자극해 모유가 나오게 하는 역할을 했기 때문입니다. 하지만 이 호르몬은 소나 돼지의 뇌에서 아주 조금씩만 추출할 수 있어서 매우 귀했습니다.

뒤 비뇨는 생각했습니다. "이 귀한 걸 언제까지 동물한테서 얻어 쓸 건가? 구조를 알아내서 공장에서 찍어내자!"

그는 옥시토신을 정제하여 아주 미세한 양을 얻어냈습니다. 그리고 그것을 산과 효소로 잘게 부수어 분석했습니다. 결과는 놀라웠습니다.

생각보다 구조가 단순했습니다. 수천 개의 아미노산으로 된 거대 단백질이 아니라, 딱 8가지 아미노산 이 모여 있는 작은 '펩타이드(Peptide)' 였던 것입니다.

• 류신, 아이소류신, 티로신, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 글리신, 시스틴.

그리고 여기서 그의 전공인 '황' 이 등장합니다. 아미노산 중 '시스틴' 은 사실 '시스테인' 두 개가 황 다리(-S-S-)로 연결된 것입니다.

즉, 옥시토신은 총 9개의 아미노산 이 연결된 사슬인데, 그중 두 개의 시스테인이 서로 손을 맞잡아(이황화 결합) '고리(Ring)' 모양을 만들고 꼬리가 달린 독특한 형태였습니다.

"찾았다! 이것은 숫자 6이나 9처럼 생긴, 고리가 있는 펩타이드다!"

 

⚡️ 역사적인 순간 : 생명을 조립하다

 

구조를 알아냈으니 이제 조립할 차례입니다. 하지만 아미노산 9개를 순서대로 연결하고, 마지막에 황 다리까지 정확하게 연결하여 고리를 만드는 것은 차원이 다른 문제였습니다.

마치 미세한 구슬 9개를 실에 꿰는데, 특정한 구슬 두 개만 본드로 붙여서 모양을 잡아야 하는 것과 같았습니다. 만약 순서가 하나라도 틀리거나, 황 다리가 엉뚱한 곳에 붙으면 그건 호르몬이 아니라 그냥 쓰레기가 됩니다.

1953년, 뒤 비뇨와 그의 연구팀은 코넬 의과대학 실험실에서 숨 막히는 합성을 진행했습니다. 한 단계, 한 단계 아미노산을 붙여 나갔습니다.

마침내 합성이 끝난 시험관 속에는 투명한 액체가 찰랑거렸습니다. 화학적으로는 천연 옥시토신과 똑같아 보였습니다. 하지만 진짜 생물학적 효과가 있을까요?

그들은 이 합성 물질을 출산을 앞둔 임산부에게 투여했습니다. (당시는 임상 절차가 지금보다 간단했습니다.)

결과는 기적이었습니다. 합성 옥시토신을 맞은 산모의 자궁이 수축하기 시작했고, 건강한 아기가 태어났습니다. 젖이 돌지 않던 산모에게 투여하자 모유가 솟아 나왔습니다.

"우리가 만든 가루가, 생명체가 만든 호르몬과 똑같이 작동한다!"

이것은 인류 역사상 최초로 '폴리펩타이드 호르몬' 을 인공적으로 합성한 순간이었습니다. 신의 영역이라 여겨졌던 생체 물질의 합성이 인간의 손으로 이루어진 것입니다.

 

✍️ 바소프레신의 비밀 : 아미노산 두 개의 차이

 

뒤 비뇨는 멈추지 않았습니다. 그는 옥시토신의 형제 호르몬인 '바소프레신(Vasopressin)' 도 연구했습니다. 바소프레신은 혈압을 올리고 소변 양을 줄이는 항이뇨 호르몬입니다.

놀랍게도 바소프레신의 구조는 옥시토신과 거의 똑같았습니다. 9개의 아미노산 중 딱 2개만 달랐습니다.

• 옥시토신: 류신, 아이소류신
• 바소프레신: 아르기닌, 페닐알라닌

단지 아미노산 부품 두 개가 바뀌었을 뿐인데, 하나는 '사랑과 출산' 을 담당하고, 하나는 '혈압과 소변' 을 담당하는 전혀 다른 기능을 수행했습니다.

뒤 비뇨는 이 미세한 차이가 생명의 다양성을 만든다는 사실을 증명했습니다. 그는 바소프레신 역시 합성하는 데 성공하여, 요붕증(소변이 멈추지 않는 병) 환자들에게 희망을 주었습니다.

 

🏆 노벨상 : 화학과 의학의 경계를 허물다

 

1955년, 스웨덴 왕립과학원은 빈센트 뒤 비뇨에게 노벨 화학상을 수여합니다. 수상 이유는 "생화학적으로 중요한 황 화합물, 특히 폴리펩타이드 호르몬의 최초 합성에 대한 공로" 였습니다.

그의 연구는 화학자들에게는 "복잡한 생체 물질도 합성할 수 있다"는 자신감을, 의사들에게는 "순수한 호르몬 치료제를 무제한으로 쓸 수 있다"는 축복을 주었습니다.

오늘날 산부인과 분만실에 반드시 비치되어 있는 옥시토신 앰플은 바로 뒤 비뇨의 땀방울이 만들어낸 결정체입니다.

 

📚 TMI : 따뜻한 스승, 엄격한 연구자

 

1. 와인과 이름

빈센트 뒤 비뇨(Vincent du Vigneaud)라는 이름은 프랑스어로 '포도원(Vineyard) 출신의 빈센트' 라는 뜻입니다. 이름처럼 그는 평소에도 와인을 즐기는 낭만적인 사람이었지만, 실험실에서는 한 치의 오차도 허용하지 않는 완벽주의자였습니다.

2. 청각 장애를 가진 딸

그에게는 청각 장애가 있는 딸이 있었습니다. 그는 딸을 위해 의학 연구에 더 매진했고, 훌륭한 아버지로서 딸을 뒷바라지했습니다. 훗날 그의 딸은 의사가 되어 아버지의 뜻을 이었습니다.

3. 교과서를 다시 쓰다

그의 연구 이전까지 생화학 교과서에는 "단백질의 구조는 너무 복잡해서 알 수 없다"고 쓰여 있었습니다. 하지만 그가 옥시토신과 바소프레신의 구조를 명쾌하게 밝혀내면서, 생물학은 모호한 추측에서 벗어나 정확한 분자 구조를 다루는 학문으로 진화했습니다. 1958년 프레데릭 생어가 인슐린 구조를 밝혀 노벨상을 받은 것도 뒤 비뇨가 닦아놓은 길 덕분이었습니다.

 

🌏 맺음말 : 생명은 화학이다

 

빈센트 뒤 비뇨는 우리에게 "생명 현상은 결국 분자들의 화학 반응" 이라는 사실을 증명해 보였습니다.

사랑, 출산, 모성애 같은 숭고한 감정과 생명 현상이, 사실은 아미노산 9개가 고리 모양으로 연결된 작은 분자의 작용이라는 사실.

어찌 보면 낭만이 없어 보일 수도 있지만, 인간이 그 분자를 이해하고 만들어냄으로써 수많은 산모와 아기의 생명을 구할 수 있었다는 것. 이것이야말로 과학이 인류에게 줄 수 있는 가장 위대한 낭만이 아닐까요?